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氧化钛基光电子器件

作　者: 王文杰
导　师: 马凤英；单崇新
学　校: 郑州大学
专　业: 光学
关键词: 氧化钛 MISIM结构紫外探测器 n-n同型异质结光伏效应
分类号: TN202
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

氧化钛(TiO2)是一种间接带隙的宽禁带半导体材料。由于在物理、化学、光学等方面具有优良的特性,氧化钛在光催化、敏化太阳能电池以及传感器等许多领域都得到了广泛的研究。本论文是在总结了氧化钛薄膜和相关器件研究现状的基础上,开展了氧化钛相关的光电子器件的研究。取得的主要研究结果如下：1.用原子层沉积方法(ALD)在石英衬底上生长氧化钛薄膜,并在此薄膜上制备了金属-绝缘层-半导体-绝缘层-金属(MISIM)和金属-半导体-金属(MSM)结构的光电探测器。对两种不同结构的紫外探测器进行了光学和电学性能测试和研究。发现MISIM结构的紫外探测器的光响应与MSM结构的紫外探测器光响应相比得到了明显地改善。分析表明这是由于载流子在绝缘层中发生碰撞离化而导致载流子倍增的结果,以上结果为实现高性能的氧化钛基光电探测器打下了基础。2.用原子层沉积的方法(ALD)在n型硅衬底上生长了氧化钛薄膜,制备了n-Si/n-TiO2同型异质结,发现该结构中存在明显的光伏效应,其开路电压为123 mV,短路电流为20μA/cm2,光电转换效率为0.00051%。这种在氧化钛同型n-n结中发现光伏效应以往尚无报道,该工作为未来实现简单便宜的光伏器件提供了一种可能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第1章引言  8-22
  1.1 氧化钛的晶体结构和基本性质  9-12
    1.1.1 TiO_2的晶体结构  9-10
    1.1.2 能带理论以及TiO_2的能带结构  10-12
  1.2 光电探测器  12-20
    1.2.1 半导体光电探测器一些重要的特性参数  12-15
    1.2.2 光子探测器的分类与特性  15-17
    1.2.3 几种最常用的光伏探测器  17-20
  1.3 选题依据和论文内容  20-22
第2章薄膜的制备方法和相关表征手段  22-36
  2.1 薄膜的制备方法  22-27
    2.1.1 原子层沉积法  22-24
    2.1.2 磁控溅射技术  24-26
    2.1.3 常规真空热蒸发  26-27
  2.2 紫外探测器件的制备工艺  27-29
    2.2.1 金属电极的溅射  27
    2.2.2 光刻过程  27-29
  2.3 薄膜性质表征手段介绍  29-34
    2.3.1 X射线衍射谱  29-30
    2.3.2 光谱测量  30-31
    2.3.3 原子力显微镜(AFM)  31-32
    2.3.5 扫描电子显微镜(SEM)  32-34
  2.4 光电探测器件性能测试方法介绍  34-36
    2.4.1 光谱响应曲线测量系统  34
    2.4.2 常规电学测量操作规程  34-36
第3章氧化钛金属-绝缘层-半导体-绝缘层-金属(MISIM)结构探测器的制备与特性  36-43
  3.1 强电场下的热载流子效应  36-37
  3.2 氧化钛金属-绝缘氧化物-半导体-绝缘氧化物-金属(MISIM)结构紫外探测器的制备  37-38
  3.3 氧化钛金属-绝缘氧化物-半导体-绝缘氧化物-金属(MISIM)结构紫外探测器的性能研究  38-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章 n-Si/n-TiO_2型同型异质结光伏效应器件  43-50
  4.1 异质结的概述  43-44
  4.2 异质结的光伏效应  44-45
  4.3 n-Si/n-TiO_2同型异质结光伏器件的制备  45-46
  4.4 n-Si/n-TiO_2同型异质结光伏器件的光电性质研究  46-49
  4.5 本章小结  49-50
第5章全文总结与展望  50-51
参考文献  51-55
致谢  55-56
个人简历及在学期间发表的学术论文与研究成果  56

氧化钛基光电子器件

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